(2)手工電弧焊
/ |; m9 c* ^+ V& X- C依靠電弧的熱量進(jìn)行焊接的方法稱為電弧焊,手工電弧焊是用手工操作焊條進(jìn)行焊接的一種電弧焊,是鋼結(jié)構(gòu)焊接中最常用的方法。焊條和焊件就是兩個電極,產(chǎn)生電弧,電弧產(chǎn)生大量的熱量,熔化焊條和焊件,焊條端部熔化形成熔滴,過渡到熔化的焊件的母材上融合,形成熔池并進(jìn)行一系列復(fù)雜的物理—冶金反應(yīng)。隨著電弧的移動,液態(tài)熔池逐步冷卻、結(jié)晶,形成焊縫。在高溫作用下,冷敷于電焊條鋼芯上的藥皮熔融成熔渣,覆蓋在熔池金屬表面,它不僅能保護(hù)高溫的熔池金屬不與空氣中有害的氧、氮發(fā)生化學(xué)反應(yīng),并且還能參與熔池的化學(xué)反應(yīng)和滲入合金等,在冷卻凝固的金屬表面,形成保護(hù)渣殼。
* p! o9 O. o" t(3)氣體保護(hù)電弧焊
( ]# S; v8 I! p, g1 P$ e0 k8 x& \2 @又稱為熔化極氣體電弧焊,以焊絲和焊件作為兩個極,兩極之間產(chǎn)生電弧熱來溶化焊絲和焊件母材,同時向焊接區(qū)域送人保護(hù)氣體,使電弧、熔化的焊絲、熔池及附近的母材與周圍的空氣隔開,焊絲自動送進(jìn),在電弧作用下不斷熔化,與熔化的母材一起融合,形成焊縫金屬。這種焊接法簡稱GMAW(Gas Metal Arc Welding)由于保護(hù)氣體的不同,又可分為:CO2氣體保護(hù)電弧焊,是目前最廣泛使用的焊接法,特點(diǎn)是使用大電流和細(xì)焊絲,焊接速度快、熔深大、作業(yè)效率高;M1G(Metal-Inert-Gas)電弧焊,是將CO2氣體保護(hù)焊的保護(hù)氣體變成Ar或He等惰性氣體;MAG(Metal-Active-Gas)電弧焊,使用CO2和Ar的混合氣體作為保護(hù)氣體(80%Ar+20%CO2),這種方法既經(jīng)濟(jì)又有MIG的好性能。( f5 H9 G B$ Z9 a
(4)自保護(hù)電弧焊% X! W. ^/ U$ g% y7 I# o5 C
自保護(hù)電弧焊曾稱為無氣體保護(hù)電弧焊。與氣體保護(hù)電弧焊相比抗風(fēng)性好,風(fēng)速達(dá)10m/s時仍能得到無氣孔而且力學(xué)性能優(yōu)越的焊縫。由于自動焊接,因此焊接效率極高。焊槍輕,不用氣瓶,因此操作十分方便,但焊絲價格比CO2保護(hù)焊的要高。在海洋平臺、目前美國的超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)廣泛使用這種方法。9 f1 N, B9 V2 J' e) B1 c
自保護(hù)電弧焊用焊絲是藥芯焊絲,使用的焊機(jī)為比交流電源更穩(wěn)定焊接的直流平特性電源。
$ z! g9 g8 d$ V# w4 q3 A7 @8 j(5)埋弧焊! H% l9 b& R9 h+ I2 o" r1 Y6 z$ y9 w
埋弧焊是電弧在可熔化的顆粒狀焊劑覆蓋下燃燒的一種電弧焊。原理如下:向熔池連續(xù)不斷送進(jìn)的裸焊絲,既是金屬電極,也是填充材料,電弧在焊劑層下燃燒,將焊絲、母材熔化而形成熔池。熔融的焊劑成為熔渣,覆蓋在液態(tài)金屬熔池的表面,使高溫熔池金屬與空氣隔開。焊劑形成熔渣除了起保護(hù)作用外,還與熔化金屬參與冶金反應(yīng),從而影響焊縫金屬的化學(xué)成分。' K$ u. R9 n; B" T. U$ J5 q% h
2)焊接變形的種類0 V* U2 }8 s [
焊接變形可分為線性縮短、角變形、彎曲變形、扭曲變形、波浪形失穩(wěn)變形等。
5 B. ~6 Z1 U: Y6 E6 G線性縮短:是指焊件收縮引起的長度縮短和寬度變窄的變形,分為縱向縮短和橫向縮短。* h) }# m1 x9 p$ x) C+ G% W" o
角變形:是由于焊縫截面形狀在厚度方向上不對稱所引起的,在厚度方向上產(chǎn)生的變形。
/ V& h5 I7 K) F' [ ?. h$ X波浪變形:大面積薄板拼焊時,在內(nèi)應(yīng)力作用下產(chǎn)生失穩(wěn)而使板面產(chǎn)生翹曲成為波浪形變形。& ~' `) ?1 |9 r1 a+ P2 S
扭曲變形:焊后構(gòu)件的角變形沿構(gòu)件縱軸方向數(shù)值不同及構(gòu)件翼緣與腹板的縱向收縮不一致,綜合而形成的變形形態(tài)。扭曲變形一旦產(chǎn)生則難以矯正。主要由于裝配質(zhì)量不好,工件擱置不正,焊接順序和方向安排不當(dāng)造成的,在施工中特別要引起注意。
9 ?7 e' l- y$ a F# M1 r1 j+ k構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的變形使其外形不符合設(shè)計圖紙和驗(yàn)收要求不僅影響最后裝配工序的正常進(jìn)行,而且還有可能降低結(jié)構(gòu)的承載能力。如已產(chǎn)生角變形的對接和搭接構(gòu)件在受拉時將引起附加彎矩,其附加應(yīng)力嚴(yán)重時可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的超載破壞。! s. }3 u' i& z8 M% f" h1 R
3)焊接殘余變形量的影響因素
0 [6 d6 L. a& X$ \主要影響因素包括:: b& ^( C5 O% t6 |& i H
①焊縫截面積的影響:焊縫面積越大,冷卻時引起的塑性變形量越大。焊縫面積對縱向、橫向及角變形的影響趨勢是一致的,而且起主要的影響。
. r$ o3 q( }2 e0 c②焊接熱輸入的影響:一般情況下,熱輸入大時,加熱的高溫區(qū)范圍大,冷卻速度慢,使接頭塑性變形區(qū)增大。對縱向、橫向及角變形都有變形增大的影響。: d# |+ { u( ~
③工件的預(yù)熱、層間溫度影響:預(yù)熱、層間溫度越高,相當(dāng)于熱輸入增大,使冷卻速度慢,收縮變形增大。
; r! p* N! F5 m# T8 `④焊接方法的影響:各種焊接方法的熱輸入差別較大,在其他條件相同情況下,收縮變形值不同。+ g9 N+ f& x, `- Z
⑤接頭形式的影響:焊接熱輸入、焊縫截面積、焊接方法等因素條件相同時,不同的接頭形式對縱向、橫向及角變形量有不同的影響。6 i& z5 q0 @2 Q" I
⑥焊接層數(shù)的影響:橫向收縮在對接接頭多層焊時,第一道焊縫的橫向收縮符合對接焊的一般條件和變形規(guī)律,第一層以后相當(dāng)于無間隙對接焊,接近于蓋面焊時已與堆焊的條件和變形規(guī)律相似,因此收縮變形相對較??;縱向變形,多層焊時的縱向收縮變形比單層焊時小得多,而且焊的層數(shù)越多,縱向變形越小。
- E7 ]9 A# _. h4 I% m; B3 Z4)焊接的主要缺陷/ J* b$ s6 U" e. Y4 b
國標(biāo)《金屬熔化焊焊縫缺陷分類及說明》將焊縫缺陷分為六類,裂紋、孔穴、固體夾雜,未熔合和末焊透、形狀缺陷和上述以外的其他缺陷。每一缺陷大類用一個三位阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)記,每一缺陷小類用一個四位阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)記,同時采用國際焊接學(xué)會(I Ⅳ)“參考射線底片匯編”中字母代號來對缺陷進(jìn)行簡化標(biāo)記。
& l. ]- r( V& p' n⑴裂紋缺陷以焊縫冷卻結(jié)晶時出現(xiàn)裂紋的時間階段區(qū)分有熱裂紋(高溫裂紋)、冷裂紋、延遲裂紋。. n% y4 C$ P# E2 U6 |; B
①熱裂紋, s5 t7 h0 S) B
熱裂紋是由于焊縫金屬結(jié)晶時造成嚴(yán)重偏析,存在低熔點(diǎn)雜質(zhì),另外是由于焊接拉伸應(yīng)力的作用而產(chǎn)生的。防止措施有:
' {$ [' r3 Z! f3 j控制焊縫的化學(xué)成分。降低母材及焊接材料中形成低熔點(diǎn)共晶物即易于偏析的元素,如硫、磷含量;降低碳含量;提高M(jìn)n含量,使Mm/S比值達(dá)到20~60。
+ l' t+ e& ~/ t) ]5 u控制焊接工藝參數(shù)。控制焊接電流和焊接速度,使各焊道截面上部的寬度和深度比值達(dá)到1.1~1.2,同時控制焊接熔池形狀;避免坡口和間隙過小使焊縫成形系數(shù)太??; 焊前預(yù)熱可降低預(yù)熱裂紋的傾向;合理的焊接順序可以使大多數(shù)焊縫在較小的拘束度下焊接,減小焊縫收縮時所受拉應(yīng)力,也可減小熱裂紋傾向。. R: n" b# Q7 `+ t1 K5 K3 l, C1 F
②冷裂紋
8 T1 s5 ]0 L* x8 H. T冷裂紋發(fā)生于焊縫冷卻過程中較低溫度時,或沿晶或穿晶形成,視焊接接頭所受的應(yīng)力狀態(tài)和金相組織而定。冷裂紋也可以在焊后經(jīng)過一段時間(幾小時或幾天)才出現(xiàn),稱之為延遲裂紋。7 `. w- @ c8 L1 P# k0 @
防止的辦法是:焊前烘烤,徹底清理坡口和焊絲表面的油、水、銹、污等減少擴(kuò)散氫含量。焊前預(yù)熱、焊后緩冷,進(jìn)行焊后熱處理。采取降低焊接應(yīng)力的工藝措施,如:在實(shí)際工作中,如果施焊條件許可雙面焊,結(jié)構(gòu)承載條件允許部分焊透焊接時,應(yīng)盡量采用對稱坡口或部分焊透焊縫作為降低冷裂紋傾向的措施之一。
# s; p9 j/ \2 ?' \6 M; n4 q4 C. T⑵孔穴缺陷分為氣孔和弧坑縮孔兩種。氣孔造成的主要原因:
; t: c( J6 ]4 t# ~7 }4 ]& q焊條、焊劑潮濕,藥皮剝落;坡口表面有油、水、銹污等未清理干凈;電弧過長,熔池面積過大;保護(hù)氣體流量小,純度低;焊矩擺動大,焊絲攪拌熔池不充分;焊接環(huán)境濕度大,焊工操作不熟練。8 [, ]2 g1 i5 B! o
防止措施:8 x/ x: g7 N$ ]# \7 r
①不得使用藥皮剝落、開裂、變質(zhì)、偏心和焊芯銹蝕的焊條,對焊條和焊劑要進(jìn)行烘烤。
+ J8 e8 q; ]( y! q# S②認(rèn)真處理坡口。
$ W/ v% o) ~( H1 a: T* o③控制焊接電流和電弧長度。$ o8 l O' z: c% S
④提高操作技術(shù),改善焊接環(huán)境。
* x0 t$ K& G1 A+ U) @, o弧坑縮孔是由于焊接電流過大,滅弧時間短而造成的,因此要選用合適的焊接參數(shù),焊接時填滿弧坑或采用電流衰減滅弧。利用超聲波探傷,搞清缺陷的位置后,用碳弧氣刨等完全鏟除焊縫,搞成船底形的溝再進(jìn)行補(bǔ)焊,焊后再次檢查。
9 l5 B6 h+ ]6 l0 F⑶固體夾雜缺陷有夾渣和金屬夾雜兩種缺陷。
8 N- C# u* Q- P* n X造成夾渣的原因有:
9 B5 \3 o9 b; b4 m7 c多道焊層清理不干凈;電流過小,焊接速度快,熔渣來不及浮出;焊條或焊矩角度不當(dāng),焊工操作不熟練,坡口設(shè)計不合理,焊條形狀不良。
* a" a M% S. X0 L0 [防止辦法是:徹底清理層間焊道;合理選用坡口,改善焊層成形,提高操作技術(shù)。
3 ], Z0 p5 d- ^, X7 m. @金屬夾雜缺陷是由于:氬弧焊采用接觸引弧,操作不熟練;鎢級與熔池或焊絲短路;焊接電流過大,鎢棒嚴(yán)重?zé)龘p。( r. N# c J3 q
防止辦法是:氬弧焊時盡量采用高頻引弧,提高操作技術(shù),選用合適的焊接工藝。
5 T) b F/ A3 @" c6 p2 v5 m⑷未熔合缺陷主要是由于運(yùn)條速度過快,焊條焊矩角度不對,電弧偏吹;坡口設(shè)計不良,電流過小,電弧過長,坡口或夾層清理不干凈造成的。3 Y% ?9 _9 z4 K( D' w0 X
防止辦法是:提高操作技術(shù),選用合適的工藝參數(shù),選用合理的坡口,徹底清理焊件。1 I; `; a% H; V' i( `1 c1 v
未焊透缺陷產(chǎn)生的原因是由于坡口設(shè)計不良,間隙過小,操作不熟練等造成的。
# H B1 g* p0 y+ m7 P: r; v防止辦法是:選用合理的坡口形式,保證組對間隙,選用合適的規(guī)范參數(shù),提高操作技術(shù)。1 a7 v' D0 W2 M/ ~: a
⑸形狀缺陷分為咬邊、焊瘤、下塌、根部收縮、錯邊、角度偏差、焊縫超高、表面不規(guī)則等。
6 o5 z# V( p- b- Z7 C咬邊缺陷是由于電流過大或電弧過長,埋弧焊時電壓過低,焊條和焊絲的角度不合適等原因造成的。對咬邊部分需用直徑3.2~4.0mm的焊絲進(jìn)行修補(bǔ)焊接。* @4 V& q, E* X1 F% H" Z: Y6 ?8 @
焊瘤是由于電流偏大或火焰率過大造成的,另外焊工技術(shù)差也是主要原因。對于重要的對接焊部分的焊瘤要用砂輪等除去。1 |& ]2 k; \) n9 e
下塌缺陷又稱為壓坑缺陷,是由于焊接電流過大,速度過慢,因此熔池金屬溫度過高而造的。 用碳弧氣刨進(jìn)行鏟除,然后修補(bǔ)焊接。
* i6 U& u# i. V- N3 H$ U8 o3 V0 ?根部收縮缺陷主要是焊接電流過大或火焰率過大,使熔池體積過大造成的,因此要選合適的工藝參數(shù)。
9 \2 V+ \/ E3 W/ @( V; e錯邊缺陷主要是組對不好,因此要求組對時嚴(yán)格要求。從背面進(jìn)行補(bǔ)焊,也可使用背襯焊劑墊進(jìn)行底層焊接,希望焊成傾斜度為1/2.5。
" B) I& @& |* y角度偏差缺陷主要由于組對不好,焊接變形等造成的,因此要求組對好,采用控制變形的措施才能防止發(fā)生。
1 [+ J3 w+ G% s. @/ X0 r焊縫超高、焊腳不對稱、焊縫寬度不齊、表面不規(guī)則等缺陷產(chǎn)生的主要原因是:焊接層次布置不好,焊工技術(shù)差,護(hù)目鏡顏色過深,影響了觀察熔池情況。 ) K# _7 Q" f& B; {; L! X
⑹其他缺陷! d3 k2 R$ j' T8 W( a+ ~) T G
其他缺陷主要有電弧擦傷、飛濺、表面撕裂等。
& U. N! t; W$ h( q# Y電弧擦傷是由于焊把與工件無意接觸,焊接電纜破損;未在坡口內(nèi)引弧,而是在母材上任意引弧而造成的。因此,啟動電焊機(jī)前, 檢查焊接,嚴(yán)禁與工件短路;包裹絕緣帶,必須在坡口內(nèi)引弧,嚴(yán)肅工藝紀(jì)律。
# n( m2 e: Y; E$ }% Q飛濺是由于焊接電流過大,或沒有采取防護(hù)措施,也有因CO2氣體保護(hù)焊焊接回路電感量不合適造成的??刹捎猛堪讏追壅{(diào)整CO2氣體保護(hù)焊焊接回路的電感。
( ~1 B% v2 E: }) P0 ~& ?5)焊接的質(zhì)量檢驗(yàn)
- a, j# i5 B7 l# r+ F* q* z焊接質(zhì)量檢驗(yàn)包括焊前檢驗(yàn)、焊接生產(chǎn)中檢驗(yàn)和成品檢驗(yàn)。8 r8 S* C1 w7 G( I/ f& W/ P7 U; J$ ?
(1)焊前檢驗(yàn)
1 P t; ^) O# p; c( r: _檢驗(yàn)技術(shù)文件(圖紙、標(biāo)準(zhǔn)、工藝規(guī)程等)是否齊備。焊接材料(焊條、焊絲、焊劑、氣體等)和鋼材原材料的質(zhì)量檢驗(yàn),構(gòu)件裝配和焊接件邊緣質(zhì)量檢驗(yàn)、焊接設(shè)備(焊機(jī)和專用胎、模具等)是否完善。焊工應(yīng)經(jīng)過考試取得合格證,停焊時間達(dá)6個月及以上,必須重新考核方可上崗操作。8 n# G& s6 Z. X" ?) u5 v
(2)焊接生產(chǎn)中的檢驗(yàn)
1 P- C0 J1 ~( @* m8 ]3 y主要是對焊接設(shè)備運(yùn)行情況、焊接規(guī)范和焊接工藝的執(zhí)行情況,以及多層焊接過程中夾渣、焊透等缺陷的自檢等,目的是防止焊接過程中缺陷的形成,及時發(fā)現(xiàn)缺陷,采取整改措施,特別是為了提高焊工對產(chǎn)品質(zhì)量的高度責(zé)任心和認(rèn)真執(zhí)行焊接工藝的嚴(yán)明的紀(jì)律性。
/ Z# Y7 _( w- y& g1)焊接工藝評定
- |: z* Q/ z9 _% J4 c2 M& [. `首次使用的鋼材應(yīng)進(jìn)行工藝評定,但當(dāng)該鋼材與已評定過的鋼材具有同一強(qiáng)度等級和類似的化學(xué)成分時,可不進(jìn)行焊接工藝評定。& _+ {7 Q# K8 ? J- c0 O
首次采用的焊接方法,采用新的焊接材料施焊,首次采用的重要的焊接接頭形式,需要進(jìn)行預(yù)熱、后熱或焊后熱處理的構(gòu)件,都應(yīng)進(jìn)行工藝評定。
2 I4 h8 [; k$ }$ `9 Z+ G! b1 ^* c進(jìn)行工藝評定用的鋼材、焊接材料和焊接方法應(yīng)與工程所使用的相同;對于要求熔透的T形接頭焊接試件,應(yīng)與工程實(shí)物相當(dāng)。焊接工藝評定應(yīng)由較高技能的焊工施焊。 P3 F; @/ @/ _7 E
2)焊接工藝
; V9 W3 x" a7 r1 _①施焊電源的網(wǎng)路電壓波動值應(yīng)在±5%范圍內(nèi),超過時應(yīng)增設(shè)專用變壓器或穩(wěn)壓裝置。+ p+ w$ W+ v" i9 q
②根據(jù)焊接工藝評定編制工藝指導(dǎo)書,焊接過程中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行。' w8 o; F" ?7 M( U# L
③對接接頭、T形接頭、角接接頭、十字接頭等對接焊縫及組合焊縫應(yīng)在焊縫的兩端設(shè)置引弧和引出板;其材料和坡口形式應(yīng)與焊件相同。引弧和引出的焊縫長度:埋弧焊應(yīng)大于50mm,手弧焊及氣體保護(hù)焊應(yīng)大于20mm。焊接完畢應(yīng)采用氣割切除引弧和引出板,不得用錘擊落,并修磨平整。
! j% {; t% ]4 q3 N/ `# _④角焊縫轉(zhuǎn)角處宜連續(xù)繞角施焊,起落弧點(diǎn)距焊縫端部宜大于10mm;角焊縫端部不設(shè)引弧和引出板的連續(xù)焊縫,起落弧點(diǎn)距焊縫端部宜大于10mm,弧坑應(yīng)填滿。
' _$ E% N9 ], ~3 t# w. r9 h% @0 R⑤下雪或下雨時不得露天施焊,構(gòu)件焊區(qū)表面潮濕或冰雪沒有清除前不得施焊,風(fēng)速超過或等于8m/s(CO2,保護(hù)焊風(fēng)速>2m/s),應(yīng)采取擋風(fēng)措施,定位焊工應(yīng)有焊工合格證。
: B ^ M9 ]4 `& [' {⑥不得在焊道以外的母材表面引弧、熄弧。在吊車梁、吊車桁架及設(shè)計上有特殊要求的重要受力構(gòu)件其承受拉應(yīng)力區(qū)域內(nèi),不得焊接臨時支架、卡具及吊環(huán)等。; I5 G R; x* h4 _ V* G3 j
⑦多層焊接宜連續(xù)施焊,每一層焊道焊完后應(yīng)及時清理并檢查,如發(fā)現(xiàn)焊接缺陷應(yīng)清除后再施焊,焊道層間接頭應(yīng)平緩過渡并錯開。* K4 z. |3 e3 [
⑧焊縫同一部位返修次數(shù),不宜超過兩次,超過二次時,應(yīng)經(jīng)焊接技術(shù)負(fù)責(zé)人核準(zhǔn)后再進(jìn)行。, O; C. D; q' M3 R" N J0 N4 T2 z
⑨焊縫坡口和間隙超差時,不得采用填加金屬塊或焊條的方法處理。5 C9 H8 e$ H' F. g
⑩對接和T形接頭要求熔透的組合焊縫,當(dāng)采用手弧焊封底,自動焊蓋面時,反面應(yīng)進(jìn)行清根。
/ ]* L# n* C; r* b⑾T形接頭要求熔透的組合焊縫,應(yīng)采用船形埋弧焊或雙絲埋弧自動焊,宜選用直流電流;厚度t≤8mm的薄壁構(gòu)件宜采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。厚度t>5mm板的對接立焊縫宜采用電渣焊。 |